Шаговый двигатель.

Шаговые исполнительные двигатели. шаговым двигателем называется электродвигатель с прерывистым вращением ротора под действием дискретного электрического сигнала, подаваемого на обмотки управления. в качестве шаговых двигателей получили широкое распространение многофазные синхронные двигатели с активным (возбуждением) и реактивным (невозбужденным) ротором. шаговые двигатели отличаются от обычного синхронного в основном формой напряжения, подводимого к фазным (управляющим) обмоткам. шаговые двигатели применяются с электронным коммутатором, который подает на обмотки управления прямоугольные импульсы. последовательность подключения обмоток и частота импульсов соответствует заданной команде. каждому импульсу управления соответствует поворот ротора на фиксированный угол, называемый шагом двигателя, величина которого строго определена его конструкцией и способом переключения обмоток. скорость вращения пропорциональна частоте, а суммарный угол поворота - числу импульсов управления. при изменении последовательности подключения к обмоткам управляющих импульсов по произвольному закону шаговый двигатель работает в режиме слежения, воспроизводя сложное движение с точность до одного шага. шаговый двигатель совместно с коммутатором можно отнести к системам частотного регулирования синхронного электродвигателя с возможностью изменения частоты до нуля. при снятии управляющих импульсов шаговый двигатель фиксирует конечные координаты углового перемещения с точностью до долей шага без применения датчиков обратной связи, что упрощает систему управления. в сельском хозяйстве эти двигатели им применяются в основном в составе сау технологическими производственными процессами, аналогичным промышленности (например, микроклимат, тепловые процессы и др.).

Рассмотрим принцип действия и особенности основных физических процессов шаговых двигателей на примере двухфазной двухполюсной синхронной машины с активным ротором.

При подаче постоянного напряжения указанного знака на фазу А (рис. 3.3) возникает намагничивающая сила статора FА, которая в результате взаимодействия с полем постоянного магнита ротора создает синхронизирующий момент. Под действием этого момента ротор займет положение, при котором его ось совпадет с осью фазы А. При отключении фазы А и подключении фазы В вектор намагничивающей силы статора повернется на 90° по часовой стрелке, возникнет синхронизирующий момент, под действием которого ротор вновь повернется на 90°. Для следующего поворота ротора на 90° по часовой стрелке необходимо подать на фазу А напряжение противоположного знака и т. д.

Рис. 3.3. К принципу действия двухфазного шагового двигателя.

При рассмотренном способе переключения обмоток, который можно представить в виде последовательности +А, +В, -А, -В, шаг двигателя равен 90°. Шаг двигателя можно уменьшить в два - раза, если переключение обмоток выполнить в другой последовательности: (+А), (+А, +В), (+В), (+В, -А), (-А), (-А, -В), (-В), (-В, +А), т. е. на некоторых шагах происходит подключение двух фаз одновременно. Такая коммутация фаз уменьшает шаг до 45°.

Управление шаговым двигателем может быть однополярным или pазнополяpным, симметричным или несимметричным, потенциальным или импульсным. При однополярном управлении напряжение, подводимое к фазе, изменяется только по величине от нуля до +U. Разнополярное управление предполагает изменение напряжения от -U до +U. Управление называется симметричным, если для каждого устойчивого состояния возбуждается одинаковое количество фаз. Если возбуждается разное число обмоток, то управление будет несимметричным. В рассмотренном примере шагового двигателя управление является разнополярным симметричным при шаге 90° и несимметричным при шаге 45°.

При потенциальном управлении напряжение на обмотках изменяется только в моменты поступления управляющих импульсов. В отсутствие сигнала управления обмотки находятся под постоянным напряжением, которое фиксирует положение ротора. При импульсном управлении обмотки статора находятся под напряжением только в моменты поворота ротора, а затем напряжение снимается и ротор фиксируется в определенном положении реактивным моментом.

Способ управления шаговым двигателем оказывает влияние на сложность электронного коммутатора. Для простоты схемы электронного коммутатора наиболее удобной является потенциальная схема управления с симметричной однополярной коммутацией обмоток.